Os químicos da NUS descobriram os principais fatores que determinam a seletividade dos catalisadores de cobre (Cu) para transformar o dióxido de carbono (CO2) e a água em produtos químicos e combustíveis úteis.

A redução eletroquímica de CO2 usando eletricidade renovável é uma tecnologia promissora para controlar as emissões de CO2 e produzir produtos químicos de alto valor agregado. Ao fornecer elétrons a um catalisador de Cu, as moléculas de dióxido de carbono e água que estão ligadas à sua superfície podem ser transformadas em moléculas úteis, como metano e etileno. Isso é semelhante ao processo de fotossíntese em que CO2 e água são convertidos pelas plantas em açúcar.

Aumentar a seletividade da redução de CO2 em relação aos produtos direcionados é um dos principais desafios que precisam ser superados para tornar o processo mais viável industrialmente. Trabalhos de pesquisa anteriores para projetar catalisadores de cobre seletivos enfocaram extensivamente a nanoestruturação e a engenharia de defeitos de suas superfícies. Nesse trabalho, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof YEO Boon Siang, Jason, do Departamento de Química, A NUS descobriu que o potencial aplicado (tensão elétrica) e a magnitude da corrente, que foram amplamente esquecidos, são os principais fatores que determinam a seletividade dos catalisadores de Cu em reações de eletrorredução de CO2. A corrente produzida em uma voltagem elétrica específica também depende muito da rugosidade dos catalisadores de Cu. Ajustando a tensão aplicada e a rugosidade da superfície de um catalisador de Cu, CO2 e água podem ser feitos para favorecer a produção de um composto específico à base de carbono durante o processo de redução eletroquímica.

As descobertas da equipe podem permitir o desenvolvimento de catalisadores mais seletivos para transformar o CO2 em produtos químicos e combustíveis úteis. Por exemplo, ajustando o fator de rugosidade da superfície de uma amostra de Cu para ser 1,4 e a tensão aplicada para ser -1,2 V versus eletrodo de hidrogênio reversível (um eletrodo de referência), a seletividade da redução de CO2 para metano pode ser aumentada significativamente para mais de 60% (veja a figura). Este catalisador está entre os catalisadores mais seletivos da comunidade científica para a formação de metano. Os desempenhos de mais de 20 catalisadores à base de Cu relatados anteriormente também foram analisados, e foram mostrados para corroborar as conclusões da equipe.

Prof Yeo disse, "Descobrimos que os catalisadores de Cu derivados de vários precursores, podem ser semelhantes em termos de composição química. Contudo, seu desempenho catalítico pode ser muito diferente. Explicações como a presença de degraus, bordas e defeitos nos catalisadores são normalmente invocados para explicar esses fenômenos. Nossa equipe descobriu que o potencial aplicado e o transporte de massa de CO2, que são afetados por correntes, também são parâmetros críticos que afetam a seletividade dos catalisadores de Cu, e não pode ser ignorado. "